🤾🏿 💤 ⛩️ 微生物群。研究历史和研究方法 🐉 👨🏾‍🔬 ⛏️

我们在上一篇文章中收到了很多评论，并决定与Atlas一起使用有关研究微生物群的其他方法的材料来补充该系列。在文章的最后，他们补充说，您需要记住有关当今肠道细菌的研究，以免它们损害您的健康。

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微生物群的研究是如何开始的？

肠道菌群被称为人体的新器官。在很长一段时间内，我们对其他器官的了解或多或少，但是直到20世纪末，细菌才开始对人类发挥重要作用。微生物群的研究始于十七世纪。显微镜的创建者和“微生物学之父”安东尼·范·莱文古克（Anthony Van Levenguk）首先检查并描述了口腔和粪便中的细菌。

1828年，克里斯汀·埃伦伯格（Christian Ehrenberg）引入了新术语细菌。那时，他正在研究大肠杆菌（Escherichia coli），这是一种无孢子的细菌。对于形成孢子的细菌，克里斯蒂安（Christian）创造了术语杆菌（Bacillus）。 Robert Koch积极研究了这种细菌。他还揭示了该属的致病代表与炭疽和结核病等疾病之间的关系。

早在19世纪，研究人员就知道人类的健康与细菌息息相关。然而，在弗雷德里克·森格（Frederick Senger）发现基因测序技术后，对微生物群进行全面研究成为可能。并非所有物种都能在培养皿中生活和生长，因此很难对细菌进行详细分类和确定其功能。

随着70年代技术的发展，微生物学家KarlVöze提出了基于16s rRNA分子测序的微生物分类方法，这使得比较核苷酸序列和确定亲和度变得很方便。根据分析，卡尔将所有微生物分为古细菌，细菌和真核生物。现在使用此分类。

真核生物的特征是存在核，而细菌和古细菌则没有。古细菌是生活在极端条件下的简单单细胞微生物（在间歇泉中，在海洋的底部）。它们是最古老的：古细菌存在于地球上约40亿年。而且，在它们之中没有寄生和致病的微生物，在细菌之中虽然没有我们想像的那么多，但大约只有1％。

在人的肠中，古细菌产生甲烷。另外，肥胖的风险越低，但因果关系仍不清楚。并非所有人都有古细菌，很少会超过1-2％。

细菌生活在各种各样的环境中，我们与细菌的接触比与古细菌的接触要多得多。它们在功能上有所不同。例如，细菌可以分解碳水化合物分子并产生脂肪酸，而古细菌则不能。

如何研究微生物群

在进行研究之前，让我们首先刷新一下有关DNA，RNA和蛋白质合成的知识。

人体需要蛋白质才能正常运作。为了保持保护功能，皮肤组织需要一个；为了使器官正常工作，眼睛的细胞是不同的。有时，不同的细胞和组织需要相同的蛋白质。为了产生蛋白质，细胞以DNA为指导。

首先，确定其中包含必要信息的区域。解开双链DNA，仅复制一侧。然后将DNA缠绕回去，并用其一侧（RNA）的一个副本拾取核糖体。她读取序列并在其上构建氨基酸链，然后形成氨基酸并成为蛋白质。

可以将其与根据旧的食谱书进行烹饪相比较。首先，我们写出食谱，以免再次使用脆弱但有价值的书。在食谱上，我们结合了氨基酸核糖体等不同产品来制成成品。对于细胞而言，菜肴是一种蛋白质，它可以进一步用于其需求。除蛋白质外，微生物还产生其他化合物，例如脂肪酸，被认为是代谢产物。

为了研究微生物，主要使用了四种方法：宏基因组学-DNA研究，超转录组学-RNA研究，超蛋白组学-蛋白质研究，代谢组学-代谢物研究。

元基因组测序

元基因组-研究环境中所有生物的一组基因。该分析的本质在于对16s rRNA基因的测序（负责核糖体RNA的操作）或对所有DNA的测序。这项研究回答了以下问题：“样本中存在什么生物，它们可能发挥什么作用？” 我们在上一篇文章中详细讨论了该技术，因为“微生物群落遗传学”测试是基于该技术的。

通常，微生物群研究是指这种特定类型的分析，因为它是第一个大规模用于细菌研究的研究。 DNA测序技术问世后，科学家发起了一项全球项目，研究土壤，海洋和温泉。由于进行了宏基因组分析，微生物的数据库呈指数增长。测序使您可以在自然环境中研究细菌，而在实验室条件下，许多细菌会死亡。

在2007年，美国研究人员开始了一项研究人体微生物组的项目Human Microbiome Project 。它成为了基于宏基因组学数据大规模研究肠道细菌组成的动力。继2008年在欧洲HMP开展了类似的研究人类微生物的项目-MetaHit 。

宏基因组学研究的实质是了解样品中生活着哪些微生物，有多少微生物以及它们具有什么功能。该分析未直接评估细菌群落产生的化合物。但是，由于进行了许多宏基因组学研究，我们可以间接预测这一点。例如，如果一个人有更多的丁酸细菌生产者，那么他的微生物群可能会很好地产生它。

元基因组研究之所以广泛，是因为与其他方法相比，它们更易于执行。研究RNA，蛋白质和代谢产物需要复杂的样品纯化和更耗时的分析。

根据宏基因组学数据，我们得到的结果最多。从所有科学文章和临床研究PubMed上可以清楚地看到这一点。搜索宏基因组微生物组可返回约4,500篇不同文章，一个转录组微生物学查询总数为225个，蛋白质组学微生物组100个，代谢组微生物学1600个。

转录组测序

转录物是单个细胞或一组微生物合成的所有信使RNA（mRNA）分子的总和。在元转录组分析中，直接研究RNA，而不研究其编码基因。

碰巧有一种细菌，但它不参与微生物群落的生活：它具有RNA分子不复制的无活性基因。转录组研究使我们能够准确评估微生物群的活性部分。但是，RNA分子不如DNA稳定，并且会迅速降解。因此，将其隔离并保存以进行分析更加困难，也更加昂贵。

转录组研究通常用于研究某些基因功能。在这种情况下，将针对宏基因组数据验证RNA测试的结果。因此，科学家可以获得有关微生物工作的更完整的信息。微生物组转录组研究可能有助于更准确地确定各种代谢产物的合成潜力。

元蛋白质组学

使用这种方法，可以研究样品中的所有蛋白质。元蛋白质组学提供有关微生物群落的结构，功能和动力学的信息。科学家将更多地了解生物体如何相互作用，如何竞争营养以及产生代谢产物。

首先，从样品中分离蛋白质。通常，为此使用液相色谱。然后进行另外的分析以确定分子量-质谱。因此，我们获得有关蛋白质片段（肽）的信息，而不是有关完整蛋白质的信息。为了将碎片收集为一个整体，需要使用特殊程序，科学家们可以接收现成的数据。

目前，Metoproteomics不如DNA和RNA研究受欢迎。这是由于研究的复杂性和出错的可能性很高。样品可能包含许多人类或食物蛋白。然而，元蛋白质组学可以帮助科学家阐明细菌与疾病患者中微生物群的破坏之间的相互作用。

代谢组学

通过这种类型的分析，可以研究代谢产物-细菌产生的物质。这些可以是氨基酸，脂质，糖，脂肪酸（包括丁酸）和其他化合物。现在描述了大约40,000种人体代谢物，所有这些代谢物都记录在一个大型数据库中。

作为研究代谢产物的样品，您可以使用人体中的任何液体：血液，唾液，尿液，肠道灌洗液（冲洗），甚至是脑脊液。血浆中平均约含有4200种代谢产物，尿中含有3000种代谢产物，脑脊液中500种代谢产物，唾液中含有400种代谢产物，但是灌洗被用作微生物群研究的生物材料。

代谢物的研究程序类似于蛋白质分析。使用相同的液相色谱或气相色谱法，首先分离代谢物，然后使用质谱仪测量其分子量。

代谢产物的研究有其局限性。例如，根据这项研究，我们无法准确找出肠内微生物群会排泄哪些代谢物，以及我们随食物摄入的代谢物。

而且，不可能计算出微生物群中包含多少细菌。因此，为了获得更完整的图像，有关代谢物的数据应附带宏基因组学分析的结果。这种方法有时被用来研究微生物群及其代谢产物如何参与疾病的发展。

要记住什么

迄今为止，尚未在常规临床实践中使用微生物群研究方法。有时，为了获得完整的图像，医生可能建议对微生物群进行宏基因组研究，以评估肠道细菌的组成。

我们警告用户，微生物群遗传学测试仅用于教育目的，并且是为有兴趣了解其细菌的健康人士设计的。如果一个人生病了，那么他将能够找出细菌的成分，但是在这种情况下的建议将是无关紧要的。疾病患者的微生物区系非常不同，对他们而言，“正常”特征会有所不同。

我们不建议儿童进行这项研究，因为他们的微生物群数据要少得多。根据研究结果，不必要的干预和限制孩子的饮食是潜在的危险，因为孩子可能没有获得必要的营养或遭受过度诊断。

如今，俄罗斯和独联体国家的居民已通过气相色谱和质谱法，使用血液或唾液样本，为儿童和成人提供了微生物群代谢产物的研究。根据其结果，根据该方法的开发者，可以评估体内炎症的存在与否。

但是，国际临床指南中没有此类建议。炎症和疾病的诊断应采用证据水平高，敏感度高，假阳性结果发生概率低和并发症过度诊断的方法。

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